一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法技术

本发明专利技术提出一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，针对具有硬脆特性的钕铁硼合金，在打印过程中因为热应力的存在更容易产生开裂变形，本发明专利技术的方法增加了二次扫描的阶段，该过程中激光功率和扫描速度是在一次功率的基础上按照比例变化的，这就会得到一个最优热输入区间，从而降低开裂，提升磁性能，尤其是钕铁硼这种具有硬脆特性的易开裂材料，对热输入大小非常敏感，该方法更具有可适用性。该方法更具有可适用性。该方法更具有可适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法


[0001]本专利技术属于增材制造钕铁硼合金领域，具体涉及一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法。

技术介绍

[0002]钕铁硼永磁材料因其优异的磁性能(高的磁能积、剩磁和矫顽力)已经发展成为新一代信息技术、交通运输、以及新能源汽车等新兴产业的关键支撑材料。随着高新技术产业的持续发展，对复杂化、小型化和集成化钕铁硼永磁体的一体化快速制备提出了更迫切的要求。近年来，激光增材制造(Laser Additive Manufacturing:LAM)技术为高精度、高复杂度构件的直接制造提供了技术基础，满足复杂、个性化钕铁硼永磁体的快速制备需求。
[0003]然而，激光增材制造过程中，高能量密度的激光束在短时间内和小区域内的金属材料发生交互作用，在熔池周围冷态基材的强换热作用下，产生高的温度梯度和大的冷却速率。又因钕铁硼材料本身的硬脆特性，进一步增加了激光增材制造钕铁硼合金的开裂敏感性和成形难度。而裂纹等缺陷处极易发生反磁化畴的形核，导致钕铁硼合金的磁性能显著恶化，难以满足众多领域的应用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，以解决现有增材制造钕铁硼磁体难以满足众多应用领域对其磁性能的需求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，
[0007]步骤1，通过激光选区熔化，堆积成形M层钕铁硼合金，激光功率为P，扫描速度为V，所述M为1～5；
[0008]步骤2，对M层钕铁硼合金进行二次激光原位扫描，所述二次激光原位扫描的激光功率为5％P～50％P，扫描速度为V/2～V；
[0009]步骤3，重复步骤1和步骤2；直至打印完成。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]优选的，步骤1中，所述激光功率P为50～500W。
[0012]优选的，步骤1中，所述扫描速度V为200～2000mm/s。
[0013]优选的，步骤1中，激光选区熔化的扫描策略包括层内旋转角度和扫描路径，以及层间旋转角度和扫描路径。
[0014]优选的，步骤2中，二次激光原位扫描的扫描策略包括层内旋转角度和扫描路径，以及层间旋转角度和扫描路径。
[0015]优选的，步骤2中，二次激光原位扫描的激光功率为5％P～50％P。
[0016]优选的，整个打印过程中，通入有惰性气体。
[0017]优选的，整个打印过程中，打印环境中的氧含量小于100ppm。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提出一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，针对具有硬脆特性的钕铁硼合金，在打印过程中因为热应力的存在更容易产生开裂变形，本专利技术的方法增加了二次扫描的阶段，该过程中激光功率和扫描速度是在一次功率的基础上按照比例变化的，这就会得到一个最优热输入区间，从而降低开裂，提升磁性能，尤其是钕铁硼这种具有硬脆特性的易开裂材料，对热输入大小非常敏感，该方法更具有可适用性。该方法从根本上解决了激光增材制造钕铁硼合金易开裂的问题；通过激光原位二次扫描改善了试样内部的温度场均匀性，极大降低了激光增材制造钕铁硼合金的开裂倾向，获得了低裂纹密度的激光增材制钕铁硼合金，显著提升了激光增材制造钕铁硼合金磁性能，在航空航天、生物医疗等高端制造领域有广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为激光增材制造钕铁硼合金内部缺陷的X射线断层成像(CT)检测结果；
[0021]图2为增加二次扫描的激光增材制造钕铁硼合金内部缺陷检测结果；
[0022]图3为两种工艺方法的钕铁硼合金磁性能对比结果。其中，(a)图为矫顽力
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剩磁；(b)图为最大磁能积。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步详细描述：
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0025]本专利技术的实施例之一为公开了一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，该实施例的制备方法包括以下步骤：
[0026]步骤1：通过钕铁硼粉末的激光增材制造打印
[0027]采用激光增材制造技术，按照目标构件二维切片模型，进行一次激光扫描，完成单层或多层钕铁硼粉末选区熔化打印。其中，激光扫描参数包括：激光功率、扫描速度、扫描策略等工艺参数；
[0028]具体过程为：根据待打印零件形状建立三维CAD模型；利用切片软件将模型进行切片分层，并输入激光增材制造系统；选择合适的工艺参数和扫描策略，使扫描区域中的粉末在激光束的作用下发生熔化及凝固；重复上述步骤，逐层堆积成与目标模型相一致的实体零件。
[0029]所述的激光工艺参数如下：激光功率为50～500W；扫描速度为200～2000mm/s；扫
描策略包括层内或层间旋转角度及扫描路径；
[0030]步骤2：打印区域的原位二次扫描
[0031]在已打印区域采用二次激光功率进行原位二次扫描。其中，二次激光扫描参数包括：激光功率、扫描速度、扫描策略、扫描间隔层数等工艺参数；
[0032]所述的原位二次激光扫描工艺参数为：激光功率范围为5％P～50％P(W)，P是单层打印激光功率；扫描速度为V/2～V(mm/s)，V是单层打印扫描速度；扫描策略包括层内激光扫描路径和旋转角度及层间扫描路径和旋转角度；二次扫描间隔层数为1～5层；二次扫描过程中控制激光功率和扫描速度大小的准则是热输入不能过大，因为热输入过大会导致热应力大，反而增加了材料的开裂倾向。所以选择相对低的激光功率，相对快的扫描速度。对于二次扫描间隔层数的选择，当一次扫描功率较低时，间隔层数小，当一次扫描功率较高，间隔层数大。优选的配合方案为较低的一次扫描功率和小间隔层数配合。
[0033]从实际打印过程中的功率大小选择来看，随着激光功率的增大，缺陷先降低后增加，磁性能表现为先增大后降低。尤其是当二次激光功率大小超过一次功率的40％时，磁性能下降更为严重。因此，对于低激光功率的界定为一次扫描功率的5～50％，也即为5％P
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过激光选区熔化，堆积成形M层钕铁硼合金，激光功率为P，扫描速度为V，所述M为1～5；步骤2，对M层钕铁硼合金进行二次激光原位扫描，所述二次激光原位扫描的激光功率为5％P～50％P，扫描速度为V/2～V；步骤3，重复步骤1和步骤2；直至打印完成。2.根据权利要求1所述的一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，其特征在于，步骤1中，所述激光功率P为50～500W。3.根据权利要求1所述的一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，其特征在于，步骤1中，所述扫描速度V为200～2000mm/s。4.根据权利要求1所述的一种提高激光增材制造钕铁硼合金磁性能的方法，其特征在于，步骤1中，激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鑫，姚波，李翔宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：